Известно, что безопасность, надежность и работоспособность оборудования регламентируется прочностными характеристиками его отдельных узлов и элементов, в которых могут быть начальные или эксплуатационные дефекты типа поверхностных разноориентированных полуэллиптических трещин. Численные методы расчета позволяют расширить достоверность получаемых результатов по заданным алгоритмам расчета соответствующих моделей разрушения. Изменение вида напряженно-деформированного состояния вблизи контура трещин при переходе от более глубоких точек, к поверхностным, зависит от стеснения деформаций вдоль их фронта. В статье на основе экспериментальных результатов и численных решений, рассмотрена диагностика изменения формы дефектов типа поверхностных разнонаправленных полуэллиптических малоцикловых трещин. Данные конечно-элементного моделирования реализованы на основе макросов программного комплекса ANSYS. Исследована закономерность развития упругопластического разрушения при малоцикловом разрушении.
На основе деформационного критерия разрушения, расчетно-экспериментальных, численных и аналитических методов с применением математической модели пространственного распределения механических свойств получены расчетно-экспериментальные кинетические зависимости и критические параметры упругопластического разрушения для развивающихся наклонных поверхностных малоцикловых полуэллиптических трещин в соответствующих зонах сварного соединения. Сформулированы методологические положения предельных состояний элементов ответственного оборудования, применяемого в нефтяной, нефтегазовой и нефтехимической промышленности, а также авиационной, космической, ядерной и тепловой техники из неоднородных металлических материалов при нелинейных условиях нагружения. Предложена общая методология проведения уточняющего расчета прочности, надежности и эксплуатационного ресурса оборудования и техники при наличии дефектов типа трещин в широком диапазоне температур и конструктивных особенностей.
Список литературы
1. Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. В двух частях. – Новосибирск, Наука, 2005. – 1110 с.
2. Makhutov N.A., Makarenko I.V., Makarenko L.V. Analysis and simulation of kinetics of elasto-plastic weld failure in structures at cryogenic temperatures // // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. – 2019. – V. 681. – 012030. - doi:10.1088/1757-899X/681/1/012030
3. Махутов Н.А., Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Исследование пространственной механической неоднородности сварных соединений аустенитных нержавеющих сталей // Заводская лаборатория. – 2004. – Т. 70. – № 2. – С. 39–49.
4. Махутов Н.А.,, Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Кинетика разнонаправленности упругопластического разрушения при учете анизотропии свойств материала // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2020. – Т.86. – № 1. – С. 44–50.
5. Махутов Н.А., Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Кинетика полей остаточных напряжений в неоднородных аустенитных сталях при упругопластическом деформировании // Заводская лаборатория. – 1999. – Т. 65. – № 4.– С. 40–44.
6. Махутов Н.А., Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Влияние анизотропии физико-механических свойств на кинетику трещин в аустенитных сталях // Проблемы прочности. – 2004. – № 1. – С. 113–119.
7. ANSYS, 2010. Structural Analysis Guide. 660578.
8. Azuma K., Li Y, Hasegawa K. Evaluation of stress intensity factor interactions between adjacent flaws with large aspect ratios // Proceedings of the ASME pressure vessels and piping conference. – 2015. – No. 45063. – Paper No. PVP2015-45063. – https://doi.org/10.1115/PVP2015-45063
9. Li C.Q., Fu G.Y., Yang W. Stress intensity factors for inclined external surface cracks in pressurized pipes // Eng. Fract. Mech. – 2016 – № 165. – Р. 72–86.
10. Fu G.Y., Yang W., Li C.Q. Stress intensity factors for mixed mode fracture induced by inclined cracks in pipes under axial tension and bending // Theoret. Appl. Fract. Mech. – 2017. – No. 89.
11. Панасюк В.В. Механика квазихрупкого разрушения материалов. – Киев: Наукова думка, 1990. – 415 с.
12. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. – Киев: Наукова думка, 1974. – 416 с.
13. Морозов Е.М. Расчет на прочность при наличии трещин.// прочность материальов и конструкций. – Киев: Наукова думка, 1975. – С. 323–333.
14. Махутов Н.А., Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Исследование механизма и кинетики разрушения разноориентированных поверхностных полуэллиптических трещин при сложном напряженно-деформированном состоянии с помощью деформационных критериев нелинейной механики разрушения // Проблемы прочности. – 2013. – №4 (424). – С. 91–97.
15. Makhutov N.A., Makarenko I.V., Makarenko L.V. Studies on the fracture mechanism and kinetics of randomly oriented surface semielliptic cracks at the multiaxial stress-strain state with deformation criteria of nonlinear fracture mechanics // Strength of Materials. – 2013. – V. 45. – No. 4. – P. 454–458.
16. Махутов Н.А., Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Расчетно-экспериментальное исследование развития поверхностных полуэллиптических наклонных малоцикловых трещин / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2013. – № 11. – Т. 79. – С. 39–44.
17. Makhutov N.A., Makarenko I.V., Makarenko L.V. Tensely - deformed conditions in conditions of complex circuits loading and non-uniform properties at top of the crack // Abstract of 5-th International Conference «Problems of dynamics and strength in gas-turbine construction» / Ed. A.P. Zinkovskyy – (Kyiv. 27-31 May 2014) G.S. Pisarenko Institute for Problems of Strength of the National Ac. Sci. of Ukraine. – 2014. – P. 159–160.
18. Makhutov N.A., Makarenko I.V., Makarenko L.V. Calculation and experimental analysis of the stress-strain state for in clined semi-elliptical surface cracks // Inorganic Materials. – 2017. – V. 53. – No. 15. – P. 1502–1505.
19. Махутов Н.А., Макаренко И.В., Макаренко Л.В. Анализ кинетики и направленности упругопластического деформирования и разрушения // Заводская лаборатория. – 2019. – № 6. –Т. 85. – С. 47–52.
20. Вяткин В.В., Хабиденов С.О., Торопов Е.С. Опыт и перспективы применения труб с внутренним антикоррозионным покрытием для трубопроводных систем // Нефтяное хозяйство. – 2020. – № 6. – С. 90–92. – DOI:10.24887/0028-2448-2020-6-90-92
21. Fu G.Y., Yang W., Li C.Q. Stress intensity factors for mixed mode fracture induced by inclined cracks in pipes under axial tension and bending // Theoret. Appl. Fract. Mech. – 2017. – № 89. – Р. 100–9.
